Свойства наноструктурированных поверхностей

В практических приложениях поверхностных явлений (адсорбции, смачивания, растекания, капиллярности) большой интерес представляют поверхности, обладающие как явно выраженной способностью смачиваться определенными жидкостями, например, водой, так и такие поверхности, которые не смачиваются. В качестве примера можно указать на то, что внутренняя поверхность лобового стекла автомобиля должна хорошо смачиваться водой, быть гидрофильной, так как это препятствует образованию на поверхности мелких капель, рассеивающих свет, и тем самым, решает проблему запотевания. Наружная же поверхность стекла должна не смачиваться водой, быть гидрофобной, чтобы капли дождя не задерживались на ней, а немедленно скатывались с нее. Возможности выбора материалов, обладающих желаемыми свойствами, ограниченны, поэтому важное значение приобретают попытки использования различных композитных и наноструктурированных материалов. Если поверхность твердого тела не однородна, а составлена из чередующихся маленьких участков с различными контактными углами θ₁, и θ₂, то контактный угол композитной поверхности θ можно определить согласно закону Кассье:

где x₁ и x₂ – доли поверхности, занятые составляющими ее компонентами.

Естественно, что выполняется условие x₁ + x₂ = 1. Перспективная возможность резко увеличить контактный угол состоит в создании на поверхности чередующихся наноразмерных выступов и впадин. Если сампо себе материал не смачивается жидкостью, а расстояние между выступами мало, то в местах впадин жидкость контактирует только с газом, для которого контактный угол равен почти 180°. Если площадь выступов заметно меньше площади впадин, то, согласно закону Кассье, контактной угол на такой поверхности будет приближаться 180°. Такой супергидрофобной поверхностью обладают листья многих растений, в частности, лотоса. Лотос, известный как символ чистоты, сохраняет ее благодаря тому, что вода образует на его поверхности шарики с

контактным углом близким к 180°. В месте контакта с каплей загрязняющие поверхность частицы смачиваются водой и удаляются вместе с легко скатывающимися с супергидрофобной поверхности каплями воды. Технические применения «эффекта лотоса» только начинаются.